Puiser l’eau potable de l’air autour de soi : les générateurs d’eau atmosphérique, une solution locale face à la crise de l’eau ?

Source: The Conversation – in French – By Ando Ny Aina Randriantsoa, Doctorant en Énergétique – Thermique – Combustion, Université Bretagne Sud (UBS)

L’ESSENTIEL

Changement climatique, tension entre les usagers : la crise de l’eau revient chaque été.
On peut collecter de l’eau depuis l’air ambiant, en particulier s’il est humide et chaud.
Des techniques ancestrales, qui permettent de collecter l’eau dans les climats chauds et humides, aux dispositifs modernes plus efficaces, comment dimensionner et utiliser de tels procédés sans bousculer l’écologie et le climat locaux ?

L’accès à l’eau potable est un enjeu primordial dans le monde. Le continent européen fait actuellement face à des vagues de chaleur intense avec des intervalles de plus en plus réduits, qui provoquent l’assèchement des rivières et des sources d’eau douce de façon alarmante. Les réserves d’eau potable se trouvent directement menacées par cette situation, et des mesures de restriction d’eau sont dorénavant mises en place pour pallier cette situation.

Bien d’autres facteurs font pression sur les réserves d’eau à l’échelle mondiale, notamment la croissance démographique, une agriculture plus intense et productiviste, l’utilisation massive et grandissante de l’intelligence artificielle, dont les centres de données consomment une part de plus en plus importante de la ressource en eau douce, et divers effets du changement climatique.

Ainsi, l’approvisionnement en eau potable est déjà une problématique complexe, tant pour les pays développés, confrontés aux problèmes cités précédemment, que pour les pays en voie de développement, qui souffrent du manque d’infrastructures et d’énergie pour produire suffisamment d’eau douce. De nombreux conflits et des « guerres de l’eau » ont lieu partout dans le monde pour la quête et l’exploitation de cette ressource critique.

Face à cette situation, divers travaux de recherche sont menés pour trouver des alternatives aux sources d’eau douce conventionnelles. Parmi eux, la « génération d’eau atmosphérique », qui permet de récupérer sous forme liquide l’humidité présente dans l’air ambiant.

Cette méthode apparaît comme une solution prometteuse, surtout pour une utilisation en zone éloignée du réseau de distribution d’eau ou en cas de stress hydrique local, car elle peut présenter moins de contraintes économiques, logistiques, énergétiques, écologiques et géographiques que d’autres technologies, comme la désalination (ou le dessalement) des eaux de mer et saumâtre ou l’ensemencement des nuages.

En effet, les générateurs d’eau atmosphérique peuvent être déployés dans la plupart des pays du monde et sont particulièrement adaptés aux régions chaudes (température moyenne supérieure 20 °C), avec une production variable en fonction des conditions de température et d’humidité de l’air ambiant.

Il existe plusieurs techniques de génération d’eau atmosphérique

Des méthodes traditionnelles comprennent, par exemple, la captation de l’humidité de l’air avec des filets qui piègent les gouttelettes d’eau du brouillard. Il y a également des techniques d’absorption qui exploitent des matériaux hygroscopiques pour absorber la vapeur d’eau de l’air pendant la nuit puis la restituer le jour.

Un filet capteur de brouillard, qui recueille de l’eau par la coalescence des gouttelettes du brouillard, développé au Chili.
Pontificia Universidad Católica de Chile, CC BY-SA

Une méthode plus récente, qui utilise des systèmes de condensation de l’air par « réfrigération active », est particulièrement intéressante, car sa production d’eau est plus élevée. Grâce à leur portabilité, des prototypes de ce type de générateurs d’eau atmosphérique ont déjà été développés pour des applications en cas de sinistre ou dans des navires, c’est-à-dire des situations où les sources d’eau conventionnelles ne sont pas accessibles. Plusieurs modèles sont également commercialisés pour des utilisations domestiques pour des familles, des bureaux ou écoles.

Mais sous quelles conditions climatiques peut-on collecter de l’eau de l’atmosphère grâce à cette technique ? Qu’en est-il réellement de sa capacité de production d’eau ? Quels sont les coûts financier, énergétique et écologique ?

Comment fonctionne un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération

Un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération fonctionne sur le même principe que la buée d’eau qui se forme sur une canette de boisson froide sortie du réfrigérateur en plein été.

Au contact d’une surface froide (en dessous de sa température de rosée), l’humidité de l’air se condense et se transforme en eau liquide. C’est le cas de la canette très fraîche qui sort à l’air libre en été : des gouttelettes d’eau apparaissent sur sa surface.

De la même façon, un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération active fait baisser la température de l’air ambiant au-dessous de sa température de rosée, ce qui condense l’humidité de l’air (qui n’est autre que de l’eau sous forme de vapeur) en l’eau liquide.

Le schéma de fonctionnement d’un générateur d’eau atmosphérique par réfrigération active.
Fred the Oyster/Wikipédia (traduit par Elsa Couderc), CC BY-SA

Pour cela, l’appareil aspire l’air ambiant à l’aide d’un ventilateur et le fait d’abord passer à travers un filtre à air pour éliminer les poussières et les particules. L’air chargé en humidité est ensuite mis au contact d’un serpentin métallique extrêmement froid, refroidi par un fluide réfrigérant (comme dans un climatiseur ou un réfrigérateur classique). Au contact de cette surface très froide, l’air refroidit brutalement et ne peut plus retenir toute sa vapeur d’eau : l’humidité sous forme de gaz se transforme alors en gouttelettes d’eau liquide. Ces gouttes glissent le long des parois froides pour être récoltées dans un réservoir. L’eau récupérée est enfin filtrée pour éliminer les éventuelles bactéries et la rendre propre et potable.

La production d’eau dépend du climat et des conditions météo locales

Mes travaux de recherche de thèse concernent l’étude expérimentale et numérique d’un générateur d’eau atmosphérique, afin d’en déterminer la production d’eau et la consommation d’énergie pour des applications en pays tropical, notamment à Madagascar.

Le phénomène de condensation (apparition des gouttelettes d’eau) sur notre dispositif expérimental.
Ando Ny Aina Randriantsoa, Université Bretagne Sud, Fourni par l’auteur

Des expérimentations menées en conditions de laboratoire à l’Institut de recherche Dupuy-De-Lôme (IRDL) à Lorient, dans le Morbihan, ont montrées qu’un générateur d’eau atmosphérique d’une puissance nominale de 765 watts pouvait produire jusqu’à 1,16 litre d’eau par heure dans des conditions de climat chaud et humide (30 °C et 62 % d’humidité relative), avec une consommation énergétique de 0,92 kilowatt-heure par litre. Cette consommation est environ équivalente à une heure d’utilisation d’un four domestique standard.

Pour un climat tempéré (25 °C et 50 % d’humidité relative), la production atteint 0,67 litre d’eau par heure, avec une consommation énergétique de 0,78 kilowatt-heure par litre.

Durant des expérimentations à Antananarivo (Madagascar) avec le même dispositif au mois de février (période chaude et humide), une production de 23 litres d’eau potable par jour a été enregistrée le 25 février (température moyenne : 26 °C, humidité relative moyenne : 54 % en intérieur), ce qui permettrait d’approvisionner confortablement une famille.

Les principales limites pour le déploiement de cette technologie seraient des conditions climatiques trop sèches ou trop froides pour permettre la condensation de l’air (température inférieure à 20 °C et humidité relative inférieure à 40 %).

Les coûts de la génération d’eau atmosphérique

L’aspect financier joue aussi en faveur de cette technologie. Hormis le coût d’acquisition du dispositif, il n’y a plus que le coût énergétique (et le coût d’entretien, mais mineur) qui sera à régler pour l’utilisateur.

Si l’on se tient au coût énergétique, pour un particulier en tarif bleu chez EDF, où le coût du kilowatt-heure avoisine 0,20 euro : produire un litre d’eau atmosphérique reviendrait à 0,17 euro en moyenne… ce qui est relativement plus intéressant que le prix de l’eau en bouteille, et sans la pollution et les déchets plastiques qui viennent avec ! Il est même possible de lisser le coût énergétique en alimentant le dispositif avec l’énergie solaire photovoltaïque.

À terme, nous pourrions disposer d’eau potable presque partout dans le monde… tant qu’on aura de l’air et du soleil à disposition. Néanmoins, il faut garder à l’esprit, en reprenant la formule d’Antoine Lavoisier (1789) « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme », que les générateurs d’eau atmosphériques ne « créent » donc pas d’eau, mais transforment l’humidité déjà disponible dans l’air pour être liquide.

Ainsi, de la même façon qu’on puise de l’eau dans un cours d’eau, il faut un certain temps à la nature pour régénérer l’humidité de l’atmosphère… et il sera important d’exploiter cette eau atmosphérique à bon escient et avec parcimonie pour ne pas bousculer l’équilibre de l’écologie et du climat local.

Les travaux de recherche présentés dans cet article sont le fruit de la collaboration entre l’Université Bretagne Sud et l’Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo, financés par le projet ANR TRANGA.

– ref. Puiser l’eau potable de l’air autour de soi : les générateurs d’eau atmosphérique, une solution locale face à la crise de l’eau ? – https://theconversation.com/puiser-leau-potable-de-lair-autour-de-soi-les-generateurs-deau-atmospherique-une-solution-locale-face-a-la-crise-de-leau-289522

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